AD转换器接口.ppt

1、6.6 A/D转换器接口,6.6.1 A/D转换器概述 A/D转换器用以实现模拟量向数字量的转换。按转换原理可分为4种：计数式、双积分式、逐次逼近式及并行式A/D转换器。 目前最常用的是双积分式和逐次逼近式。双积分式A/D转换器的主要优点为转换精度高、抗干扰性能好、价格便宜;缺点为转换速度较慢。因此这种转换器主要用于速度要求不高的场合。常用的产品有ICL7106/ICL7107/ICL7126系列、MC1443以及ICL7135等。,另一种常用的A/D转换器是逐次逼近式。逐次逼近式A/D转换器是一种速度较快、精度较高的转换器,其转换时间大约在几微秒到几百微秒之间。常用的这类芯片有： (1)AD

2、C0801ADC0805型8位MOS型A/D转换器; (2)ADC0808/0809型8位MOS型A/D转换器; (3)ADC0816/0817型8位MOS型A/D转换器。 量化间隔和量化误差是A/D转换器的主要技术指标之一。量化间隔可由下式求得：,满量程输入电压,满量程电压,(62),其中n为A/D转换器的位数。 量化误差有两种表示方法：一种是绝对量化误差；另一种是相对量化误差。可分别由下式求得： 绝对量化误差,量化间隔,(63),相对量化误差,(64),例如，当满量程电压为5V，采用10位A/D转换器的量化间隔、绝对量化误差、相对量化误差分别为： 量化间隔：,绝对量化误差：,相对量化误差：

3、,6.6.2 典型A/D转换器芯片ADC0809简介 ADC0809是典型的8位8通道逐次逼近式A/D转换器,采用CMOS工艺制造。 1.ADC0809的内部逻辑结构 ADC0809的内部逻辑结构如图629所示。,图629 ADC0809的内部逻辑结构图,表68 ADC0809通道选择表,图630 ADC0809的引脚图,2.ADC0809的引脚 ADC0809芯片为28引脚双列直插式封装,其引脚排列见图630。 (1)IN7IN0：模拟量输入通道。 (2)ADDA、ADDB、ADDC：模拟通道地址线。 (3)ALE：地址锁存信号。 (4)START：转换启动信号。 (5)D7D0：数据输出线

4、。 (6)OE：输出允许信号。 (7)CLK：时钟信号。,(8) EOC：转换结束状态信号。 (9)VCC：+5V电源。 (10)Vref：参考电压。,6.6.3 MCS-51单片机与ADC0809的接口 ADC0809与MCS-51单片机的一种常用连接方法如图631所示。 电路连接主要涉及两个问题,一个是8路模拟信号的通道选择,另一个是A/D转换完成后转换数据的传送。 1. 8路模拟通道选择 ADDA、ADDB、ADDC分别接系统地址锁存器提供的末3位地址,只要把3位地址写入0809中的地址锁存器,就实现了模拟通道选择。,图631 ADC0809与8031的连接图,启动A/D转换只需使用1条

5、MOVX指令。在此之前,要将P2.0清0并将末3位与所选择的通道号相对应的口地址送入数据指针DPTR中。例如要选择IN0通道时,可采用如下两条指令,即可启动A/D转换： MOV DPTR,FE00H ;送入0809的口地址 MOV X DPTR,A ;启动A/D转换(IN0) 注意：此处的A与A/D转换无关,可为任意值。,图632 ADC0809信号的时间配合,2.转换数据的传送 A/D转换后得到的数据为数字量,这些数据应传送给单片机进行处理。数据传送的关键问题是如何确认A/D转换的完成，因为只有确认数据转换完成后,才能进行传送。通常可采用下述3种方式。 1)定时传送方式 对于一种A/D转换器

6、来说,转换时间作为一项技术指标是已知的和固定的。 2)查询方式 A/D转换芯片有表示转换结束的状态信号,例如ADC0809的EOC端。,3)中断方式 如果把表示转换结束的状态信号(EOC)作为中断请求信号,那么，便可以中断方式进行数据传送。 不管使用上述哪种方式,只要一旦确认转换结束,便可通过指令进行数据传送。所用的指令为MOVX读指令,仍以图631所示为例,则有 MOV DPTR,FE00H MOVX A,DPTR,例如与D0D2相连。这时启动A/D转换的指令与上述类似,只不过A的内容不能为任意数,而必须和所选输入通道号IN0IN7相一致。例如当ADDA、ADDB、ADDC分别与D0、D1、

7、D2相连时,启动IN7的A/D转换指令如下： MOV DPTR,FE00H ;送入0809的口地址 MOV A,07H ;D2D1D0=111,选择IN7通道 MOV X DPRT,A ;启动A/D转换,6.6.4 A/D转换应用举例 设有一个8路模拟量输入的巡迥检测系统,使用中断方式采样数据,并依次存放在外部RAM的A0HA7H单元中。采集完一遍以后即停止采集。其数据采样的初始化程序和中断服务程序如下： 初始化程序： MOV R0,A0H ;设立数据存储区指针 MOV R2,08H ;8路计数值 SETB IT1 ;边沿触发方式 SETB EA ;CPU开中断,SETB EX1 ;允许外部中

8、断1中断 MOV DPTR,FEF0H ;送入口地址并指向IN0 LOOP:MOV X DPTR,A ;启动A/D转换 HERE:SJMP HERE ;等待中断 中断服务程序： MOV X A,DPTR ;采样数据 MOV X R0,A ;存数 INC DPTR ;指向下一个模拟通道,INC R0 ;指向数据存储区下一个单元 DJNZ R2,INT1 ;8路未转换完,则继续 CLR EA ;已转换完,则关中断 CLR EX1 ;禁止外部中断1中断 RE TI ;从中断返回 INT1:MOV X DPTR,A ;再次启动A/D转换 RE TI ;从中断返回,6.7 D/A转换器接口,6.7.1

9、D/A转换器接口的技术性能指标 D/A转换器的输入为数字量,经转换后输出为模拟量。有关D/A转换器的技术性能指标很多,例如绝对精度、相对精度、线性度、输出电压范围、温度系数、输入数字代码种类(二进制或BCD码)等等。对这些技术性能指标,这里不作全面详细说明，仅对几个与接口有关的技术性能指标作一介绍。,(1)分辨率。 分辨率是D/A转换器对输入量变化敏感程度的描述,与输入数字量的位数有关。如果数字量的位数为n,则D/A转换器的分辨率为2-n。这就意味着D/A转换器能对满刻度的2-n输入量作出反应。 (2)建立时间。 建立时间是描述D/A转换速度快慢的一个参数,指从输入数字量变化到输出达到终值误差

10、1/2LSB(最低有效位)时所需的时间,通常以建立时间来表明转换速度。,(3)接口形式。 D/A转换器与单片机的接口方便与否,主要决定于转换器本身是否带数据锁存器。 6.7.2 典型D/A转换器芯片DAC0832简介 DAC0832为一个8位D/A转换器,单电源供电,在+5+15V范围内均可正常工作。基准电压的范围为10V,电流建立时间为1s,CMOS工艺,低功耗20mW。 DAC0832的内部结构框图如图633所示。,图633 DAC0832内部结构框图,图634 0832运算放大器接法,图635 DAC0832引脚图,各引脚的功能如下： (1)D7D0：转换数据输入端。 (2) ：片选信号

11、,输入,低电平有效。 (3)ILE：数据锁存允许信号,输入,高电平有效。 (4) ：写信号1,输入,低电平有效。 (5) ：写信号2,输入,低电平有效。 (6) ：数据传送控制信号,输入,低电平有效。 (7)IOUT1：电流输出1,当DAC寄存器中各位为全“1”时,电流最大;为全“0”时,电流为0。,(8)IOUT2：电流输出2,电路中保证IOUT1+IOUT2=常数。 (9)Rfb：反馈电阻端,片内集成的电阻为15k。 (10)Vref：参考电压,可正可负,范围为-10+10V。 (11)DGND：数字量地。 (12)AGND：模拟量地。,6.7.3 MCS-51单片机与DAC0832的接口

12、 MCS-51单片机与DAC0832的接口有3种连接方式,即直通方式、单缓冲方式及双缓冲方式。直通方式不能直接与系统的数据总线相连,需另加锁存器,故较少应用。下面介绍单缓冲与双缓冲两种连接方式。 1.单缓冲方式 所谓单缓冲方式就是使DAC0832的两个输入寄存器中有一个处于直通方式,而另一个处于受控的锁存方式,当然也可使两个寄存器同时选通及锁存。,2.双缓冲方式 所谓双缓冲方式,就是把DAC0832的两个锁存器都接成受控锁存方式。 由于两个锁存器分别占据两个地址,因此在程序中需要使用两条传送指令,才能完成一个数字量的模拟转换。假设输入寄存器地址为FEFFH,DAC寄存器地址为FDFFH,则完成

13、一次D/A转换的程序段应为：,MOV A,DATA ;转换数据送入A MOV DPTR,FEFFH ;指向输入寄存器 MOV X DPTR,A ;转换数据送输入寄存器 MOV DPTR,FDFFH ;指向DAC寄存器 MOV X DPTR,A ;数据进入DAC寄存器并进行D/A转换,图636 DAC0832的3种单缓冲连接方式 (a)DAC寄存器直通方式；(b)输入寄存器直通方式； (c)两个寄存器同时选通及锁存方式,图636 DAC0832的3种单缓冲连接方式 (a)DAC寄存器直通方式；(b)输入寄存器直通方式； (c)两个寄存器同时选通及锁存方式,图636 DAC0832的3种单缓冲连接

14、方式 (a)DAC寄存器直通方式；(b)输入寄存器直通方式； (c)两个寄存器同时选通及锁存方式,图637 DAC0832的双缓冲连接方式图,6.7.4 D/A转换应用举例 D/A转换器是计算机控制系统中常用的接口器件,它可以直接控制被控对象,例如控制伺服电动机或其它执行机构。它也可以很方便地产生各种输出波形,如矩形波、三角波、阶梯波、锯齿波、梯形波、正弦波及余弦波等。,图638 DAC0832的双极性输出接口,在图638中,运算放大器A2的作用是把运算放大器A1的单极性输出变为双极性输出。例如,当Vref=+5V时,A1的电压输出范围为0-5V。当VOUT1=0V时,VOUT2=-5V;当V

15、OUT1=-2.5V时,VOUT2=0V;当VOUT1=-5V时,VOUT2=+5V。VOUT2的输出范围为-5V+5V。VOUT2与参考电压Vref的关系为：,数字码,(62),几点说明： (1)以上程序产生的是矩形波,其低电平的宽度由延时子程序DMS1所延时的时间来决定,高电平的宽度则由子程序DMS2所延时的时间来决定。 (2)改变延时子程序DMS1和DMS2的延时时间,就可改变矩形波上下沿的宽度。若DMS1=DMS2(两者延时一样),则输出的是方波。 (3)改变上限值或下限值便可改变矩形波的幅值：单极性输出时为0-5V或0+5V;双极性输出时为-5+5V。,2.产生锯齿波 利用DAC08

16、32产生锯齿波的参考程序如下： MOV A,00H ;取下限值 MOV DPTR,FEFFH ;指向0832口地址 MM:MOV X DPTR,A ;输出 INC A ;转换值增量 NOP ;延时 NOP NOP SJMP MM ;反复,几点说明： (1)程序每循环1次,A加1,可见锯齿波的上升沿是由256个小阶梯构成的。 (2)可通过循环程序段的机器周期数,计算出锯齿波的周期,并可根据需要通过延时的办法来改变波形周期。 (3)通过A加1,可得到正向的锯齿波;如要得到负向的锯齿波,只要将A加1改为A减1指令即可实现。 (4)程序中A的变化范围为0255,所得到的锯齿波为满幅度。,3.产生三角波 利用DAC0832产生三角波的参考程序如下： MOV A,00H ;取下限值 MOV DPTR,FEFFH ;指向0832口地址 SS1:MOV X DPTR,A ;输出 NOP ;延时 NOP NOP,SS2: